摘要：本文在儲能式充電樁參與電網聯(lián)合運行背景的基礎上，以汽車充電樁為研究對象，強調了汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行的價值性。從配電網需求側響應機制、充電樁參與需求響應聯(lián)合運行優(yōu)化、智能有序充電技術、虛擬電廠調度平臺四個方面入手，依托對儲能式充電樁參與電網需求側響應的關鍵聯(lián)合運行技術的闡述，探討了汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行的實現(xiàn)要點。

關鍵詞：汽車充電樁；儲能系統(tǒng)；需求側響應。

在新能源汽車行業(yè)高速發(fā)展的背景下，推進儲能式充電樁參與電網聯(lián)合運行，能夠降低電網擴充成本，對此還能夠生成參與電網需求側響應的輔助管理服務收益，其優(yōu)勢性明顯。同時，汽車充電樁的大規(guī)模應用也對配電網的運行產生一定沖擊?；诖耍枰芈鋵嵠嚦潆姌冻潆娕c電網需求側響應的有機結合，助推配電網與新能源汽車健康、協(xié)調發(fā)展。

1研究背景

面對能源方面的問題，各種新能源產品應運而生，并在當前得到了廣泛推廣應用。發(fā)展至今，各個地區(qū)已圍繞提升新能源產品消費服務水平，設定并落實了各種政策方案，從新能源汽車服務領域來看，著力推動規(guī)?；妱悠囏摵蓞⑴c電力需求響應。依托移動式或分布式儲能系統(tǒng)在汽車充電樁及其附近進行合理安裝，能夠有效避免汽車隨機式充電明顯沖擊電網。基于此，搭建充儲一體化汽車充電樁，實施汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行極為必要，也有著較高的研究價值。

2汽車充電樁參與電網需求側響應和聯(lián)合運行的價值性分析

汽車充電樁參與電網需求側響應是一種通過智能充電技術來平衡電網負荷、提高可再生能源消納率及減小電動汽車充電對電網沖擊的有效策略[1]。在當前的實踐中，依托汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行的優(yōu)化與推行，能夠達到平衡電網負荷的效果。通過需求側響應機制，可以有效平衡電網負荷，減小電網的壓力。

在儲能式充電樁與電網需求側響應聯(lián)合運行技術的支持下，能夠提高可再生能源消納率。作為實現(xiàn)汽車充電樁與電網需求側響應聯(lián)合運行中的一種關鍵技術，智能充電技術可以提高可再生能源的消納率，促進清潔能源的使用。此外，汽車充電樁參與電網需求側響應還能夠減少對電網的沖擊。有序充電技術可以減少電動汽車充電對電網的沖擊，提高電網的穩(wěn)定性。總體而言，汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行技術所顯現(xiàn)出的應用價值較為明顯，汽車充電樁參與電網需求側響應不僅有助于提高電網的靈活性和穩(wěn)定性，還能促進可再生能源的利用，推動新能源汽車產業(yè)的健康發(fā)展。隨著技術的不斷進步和政策的支持，這一領域將有更廣闊的應用前景。

3汽車充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行的實現(xiàn)要點探討

3.1配電網需求側響應機制

圍繞電網供需平衡的維護與促進展開對用戶用電行為的調整所形成的機制，為配電網需求側響應機制。在實踐中，基于需求側響應的實施，促使電網高峰時段用戶的用電有所降低，并在電網低谷時段適當增加用電，以此達到對電網供需矛盾進行有效緩解的效果，推動電網運行穩(wěn)定性及效率水平的進一步提高[2]?；诖?，設定并推行配電網需求側響應機制及對應的需求側響應策略是必然選擇，激勵用戶落實對用電行為的調整，促使“削峰填谷"成為現(xiàn)實，從而推進電力系統(tǒng)運行效率的提升。

在配電網需求側響應機制（圖1）的支持下，充電樁參與需求響應聯(lián)合運行過程中，從用戶側的角度來看，重點達成的目標包括：第一，用電成本的降低。積極響應激勵措施、價格信號，進行對個人用電行為的合理調整，選擇在電價相對較低的時間段用電，或者獲取相應的經濟補償，以此達到減少用電成本費用的效果。第二，用電舒適度及靈活性的提升。在基本用電需求得以切實滿足的基礎上，切實參考用戶自身的現(xiàn)實情況及現(xiàn)行的相關激勵機制，實施對用電設備使用時間的靈活性安排，從而提升用電的舒適度及自主性。例如，用戶可以在低谷電價時段內，或是收到激勵信號后，安排電動汽車充電。從電網側的角度來看，重點達成的目標包括：第一，削峰填谷。在配電網高峰時段安排對用電負荷的減小處理，以此實現(xiàn)對電網峰值功率需求的降低。同時，實施對低谷時段電網用電負荷的適當增加，促使負荷曲線能夠盡可能保持在相對平坦的狀態(tài)下，達到適當緩解高峰時段內電網供電壓力的效果，促使對于發(fā)電及輸電設備的擴容要求有所下降，也進一步控制、減小電網建設與運營方面所產生的成本費用。第二，供電可靠性的提升?；趯τ脩糌摵傻暮侠硇哉{整，實施對電壓波動、電網過載等風險問題發(fā)生可能性的降低，促使電網應對自然災害、設備故障等突發(fā)情況的現(xiàn)實能力隨之提高，助推供電質量及可靠性水平的提升。第三，可再生能源消納的促進。重點引導用戶在可再生能源的發(fā)電高峰時段內用電，或是適當增加用電，實現(xiàn)對可再生能源現(xiàn)實利用率的提升，也促使可再生能源可以在配電網內得到有效的消納。

圖1配電網需求側響應機制

3.2充電樁參與需求響應聯(lián)合運行優(yōu)化

推進汽車充電樁參與需求響應聯(lián)合運行優(yōu)化期間，需要重點把握以下幾個方面要點內容：第一，建立聯(lián)合運行優(yōu)化模型。通過建立儲能式充電樁參與電網需求側響應的聯(lián)合運行優(yōu)化模型，可以效益函數，考慮儲能式充電樁的充放電量約束、容量約束和需求響應電量約束等條件。第二，分布式能量聯(lián)合優(yōu)化求解。采用基于原始—對偶分解的分布式能量聯(lián)合優(yōu)化求解方法，包括構建拉格朗日函數、拉格朗日對偶函數，并應用KKT條件和基于原始—對偶分解的更新迭代算子等步驟。

參與電網需求響應是分布式儲能期間汽車充電樁所承擔的重要任務，受到電價激勵信號、儲能參與需求響應因子的相對關系的影響?；陔妰r激勵信號、需求響應因子的差異性設定，實際所獲取到的運行策略及優(yōu)化結果也有所不同?；谏鲜鏊悸愤M行汽車充電樁參與需求響應聯(lián)合運行優(yōu)化，設定3.35kAh為某汽車充電樁的容量峰值，控制電價激勵信號保持在0.2~0.4的范圍，控制需求響應因子保持在0.3~0.5的范圍，以收益、參與需求響應增益、充電樁總增益為切入點，分析該汽車充電樁的效益，所得到的結果如圖1所示。在時間有所增長的條件下，系統(tǒng)總體收益、需求響應收益會隨之提高，儲能系統(tǒng)的損耗也有所降低。

聯(lián)合調度汽車充電樁與電網需求側響應，基于對汽車充電樁充放電的利用獲取最大效益函數。在滿足容量、電量等方面限制的條件下，盡可能降低儲能成本，同時提升最終收益。設定3.35kAh為汽車充電樁的容量峰值，對于多個相同容量峰值的汽車充電樁的容量動態(tài)變化展開分析，所得到的結果如圖2所示。3.05~3.3kWh為相應汽車充電樁的容量變化范圍，相應汽車充電樁的運行容量區(qū)間為總容量的80%~90%。綜合分析結果能夠明確的是基于上述思路的推行實施汽車充電樁參與需求響應聯(lián)合運行優(yōu)化，可以獲取到汽車充電樁效益。

3.3智能有序充電技術

針對汽車充電過程進行合理性控制與調度的技術為智能有序充電技術，在實踐中，重點依托對汽車充電設施特性、用戶需求以及電網現(xiàn)實運行狀態(tài)等因素的綜合考量，從時間與頻率兩方面優(yōu)化分配汽車充電負荷，避免多臺汽車同時進行充電期間對電網產生明顯負面影響，并引發(fā)過載、電壓波動等問題。依托智能有序充電技術的應用，汽車充電樁可以根據實時電價激勵進行充電，從而減少高峰時段的電網負荷。

在智能有序充電技術的支持下，在充電樁參與需求響應聯(lián)合運行過程中，從用戶側的角度來看，重點落實對用戶現(xiàn)實充電需求的滿足，保證不對用戶正常使用汽車產生影響的基礎上，面向用戶提供盡可能便捷、經濟的充電服務。例如，基于對汽車電池狀態(tài)、用戶出行計劃等信息的采集與綜合分析，提供更為合適、合理的充電功率、充電時間指導，避免用戶長時間等待汽車充電[3]。從電網側的角度來看，重點實現(xiàn)對配電網峰值與谷值之間差距的控制與降低，實施對負荷波動的平抑，助推電網的供電質量水平以及可靠性的提升，促使電網能夠長時間維持在安全、穩(wěn)定運行的狀態(tài)下?；趯ζ嚦潆姇r間、功率的合理性安排，避免高峰時段電網實際承擔的供電壓力大幅提升，顯現(xiàn)出適當降低的變化趨勢，并實現(xiàn)對低谷時段剩余容量的充分利用。

3.4虛擬電廠調度平臺

虛擬電廠調度平臺主要承擔智能感知、智慧調度各類分布式能源（包括來自商場、工廠、家庭等地的各類分布式電源、可控負荷和儲能系統(tǒng)等海量分散資源）的任務。在推進儲能式充電樁參與電網需求側響應聯(lián)合運行中，依托虛擬電廠調度平臺與私人充電設施的結合應用，能夠實現(xiàn)實時調節(jié)和響應，表明其在需求側響應中具有明顯的應用效果。

對于虛擬電廠調度平臺而言，其主要基于物聯(lián)網、人工智能、大數據、云技術等先進技術的應用，將各類分布式資源以終端資源點的形式接入虛擬電廠，把分散的分布式資源打包成一個整體，在資源點配置智能裝置，實現(xiàn)各分布式資源點與虛擬電廠的指令與數據交互，整體結構如圖2所示[4]。該平臺通過配套的調控技術、通信技術，能夠實現(xiàn)對各類分布式能源的整合調控和協(xié)調優(yōu)化，以特殊電廠形式參與需求響應、輔助服務、現(xiàn)貨交易等電力市場交易。在助力資源聚合、擴展新業(yè)務和新的利潤增長點的同時，幫助電力用戶獲取更多的收益，實現(xiàn)雙贏目標。

安科瑞針對上述場景和需求，提出“本地自治+云端協(xié)同"兩級光儲一體化管控方案：以ACCU系列協(xié)調控制器為本地控制核心，在各站點獨立完成防逆流柔性調節(jié)與光儲協(xié)調充放電控制；以EMS3.0智慧能源管理平臺為遠程管理中樞，實現(xiàn)跨路段、多站點的集中監(jiān)控與統(tǒng)一運維。兩級協(xié)同，既保障各站點并網安全合規(guī)，又實現(xiàn)光儲協(xié)同高效運行，明顯降低沿線分散站點的人工巡檢成本。

4項目情況

湖南某高速沿線20個站點（含服務區(qū)、收費站、隧道邊坡等）建設分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量約3.47MW，其中6個站點配套儲能系統(tǒng)，總儲能容量1.4MWh。項目現(xiàn)場如下圖所示。

根據并網協(xié)議，本項目所有站點均不允許向電網反送電能。20個并網站點中，14個站點為純光伏配置，6個站點配置光伏+儲能，站點一次圖如圖5、圖6所示。純光伏站點分布于隧道及部分收費站、服務區(qū)；光儲站點主要位于服務區(qū)及管理中心等負荷集中區(qū)域。各站點具體配置詳見第3章。

圖5光儲站點一次示意圖

圖6純光伏站點一次示意圖

項目投運后需實現(xiàn)以下控制目標：一是在各站點實現(xiàn)防逆流控制，確保任何工況下均不向電網反送電能；二是6個光儲站點需實現(xiàn)光儲協(xié)調充放電，光伏余電優(yōu)先儲能充電，高峰時段儲能放電降本；三是20個光（儲）站點實現(xiàn)全線集中監(jiān)控與遠程運維；四是系統(tǒng)運行安全可靠，動作事件可追溯。

5解決方案

本項目以安科瑞ACCU系列協(xié)調控制器為本地控制核心，搭配AM5SE-IS防逆流保護裝置作為剛性保護，構建“柔性調節(jié)+剛性跳閘"兩級防逆流機制，同時針對6個光儲站點實施光儲協(xié)調充放電控制。系統(tǒng)采用本地部署與云平臺相結合的方式，ACCU控制器在各站點本地完成數據采集、策略計算與指令下發(fā)，不依賴云端通信，確保控制的實時性與可靠性；EMS3.0云平臺負責全線站點統(tǒng)一監(jiān)控管理。解決方案架構如圖7所示。

圖7高速公路光儲充整體解決方案架構圖

各站點具體配置如下：

5.1光儲協(xié)調策略

ACCU系列協(xié)調控制器在各站點獨立實時監(jiān)測市電進線處功率，設置防逆流調節(jié)閾值與功率恢復定值。當進線功率低于調節(jié)閾值時，控制器自動計算需要降低的功率值，以有功功率百分比的形式下發(fā)至光伏逆變器，動態(tài)下調光伏出力，使進線功率回升至安全運行區(qū)間。

對于配置儲能的站點，控制器根據光伏出力與負荷的實時對比關系，執(zhí)行光儲協(xié)調策略：

（1）光伏富余工況：光伏出力大于負荷時，富余功率優(yōu)先向儲能充電，充電功率等于光伏盈余量；若儲能SOC達上限或已達到額定充電功率仍有剩余，則限制光伏發(fā)電功率，防止逆流。

（2）光伏缺額工況：光伏出力小于負荷時，缺額功率優(yōu)先由儲能放電補足，放電功率等于負荷缺額量；若儲能SOC達下限或已達到額定放電功率仍有不足，不足部分由市電補給。

純光伏站點與光儲站點在防逆流策略上存在差異：純光伏站點僅調節(jié)逆變器出力；光儲站點通過“光伏出力優(yōu)先滿足負荷—余電儲能充電—儲能放電補充缺口"的三段式控制，在保障零逆流的前提下實現(xiàn)光伏發(fā)電峰值化利用與用電成本谷值化。

5.2剛性保護策略

AM5SE-IS防逆流保護裝置作為系統(tǒng)的安全兜底，獨立采集市電進線電壓、電流并實時計算功率。當檢測到逆功率超過保護定值時，裝置瞬時動作，跳開光伏并網開關，切斷光伏發(fā)電回路，確保不向電網反送電能，作為柔性調節(jié)失效后的最后一道防線。

當進線功率恢復至逆功率恢復定值以上并持續(xù)一定時間后，裝置自動發(fā)出合閘指令，閉合光伏并網開關，恢復光伏發(fā)電系統(tǒng)運行，實現(xiàn)自動復歸，無需運維人員現(xiàn)場操作。

柔性調節(jié)與剛性保護在定值上形成有序配合關系：柔性調節(jié)啟動閾值高于剛性保護定值，且低功率預警設置短暫延時，為柔性調節(jié)留出動作響應時間；逆功率跳閘作為保底策略瞬時動作。

5.3 EMS3.0云平臺遠程監(jiān)控

安科瑞EMS3.0智慧能源管理平臺部署于路段管理中心，實現(xiàn)以下功能：一是全線站點發(fā)電功率與儲能SOC實時展示，支持按路段、按站點類型（服務區(qū)/收費站/隧道）篩選查看；二是逆變器、儲能柜、防逆流保護裝置運行狀態(tài)實時上送，異常主動告警；三是運行數據本地存儲加云端雙備份，確保數據安全可追溯?？梢暬笃寥缦聢D所示

圖8EMS3.0可視化大屏（示意圖）

6運行效果與系統(tǒng)展示

基于上述“本地自治+云端協(xié)同"兩級管控方案，系統(tǒng)在實際運行中實現(xiàn)了以下效果：

1）防逆流控制。各站點ACCU協(xié)調控制器實時監(jiān)測進線功率，在光伏出力接近負荷時提前啟動柔性調節(jié)，動態(tài)下調光伏出力或調度儲能充電，將進線功率維持在安全運行區(qū)間內；當柔性調節(jié)未能抑制逆流時，AM5SE-IS瞬時動作跳開光伏并網開關，實現(xiàn)并網點防逆流控制目標。

2）光儲協(xié)同增效。6個光儲站點通過“光伏余電充電、高峰時段放電"的協(xié)調策略，既解決了光伏余電就地消納問題，又通過峰谷價差降低了服務區(qū)及管理中心的運營電費。

3）集約化運維。EMS3.0云平臺將沿線分散的20個站點統(tǒng)一接入集中監(jiān)控，運維人員在管理中心即可掌握全線光儲運行狀態(tài)，明顯降低了日常巡檢工作量與人力成本。

4）運行安全與事件追溯。系統(tǒng)投運以來，各站點ACCU協(xié)調控制器與AM5SE-IS防逆流保護裝置協(xié)同動作可靠，未發(fā)生并網點逆流超標事件；EMS3.0云平臺完整記錄各站點運行數據與保護動作事件，支持按站點、按時間段追溯查詢，為運維分析與安全審計提供依據。

7結語

隨著交通與能源融合發(fā)展的深入推進，高速公路沿線分布式光儲系統(tǒng)的規(guī)?；渴鹑找娉蔀橼厔荨１疚慕榻B的湖南某高速光儲一體化項目，以安科瑞ACCU系列協(xié)調控制器與EMS3.0微電網云平臺為核心，構建了“本地自治+云端協(xié)同"兩級管控方案，在滿足各站點防逆流合規(guī)要求的同時，實現(xiàn)了光儲協(xié)調充放電與跨路段統(tǒng)一監(jiān)控，為山區(qū)高速沿線站點分散、工況復雜的光儲項目提供了成熟、可復制的解決方案。安科瑞微電網產品體系涵蓋本地控制與云端管理，為交通領域綠色用能轉型提供可靠的技術支撐。

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作者簡介：

陳芳芳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司